JPH03184862A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はインクジェット記録ヘッドに関し、詳しくはイ
ンクを吐出するための吐出口（以下、オリフィスともい
う）を具えたインクジェット記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ この種のインクジェット記録ヘッドの主要部は、例えば
第７図に示すようにインクを吐出するためのオリフィス
４１（吐出口）を配設したオリフィスプレート４０とこ
れら各オリフィスに連通したインク液路４０１用の溝を
形成した天板と、インク液路４０１の一部を構成し、か
つ吐出エネルギーを発生する電気熱変換素子１０１を持
つ基板１００とで構成されている。

オリフィスプレートに配設されるオリフィスは微細なも
のであり、このオリフィスはインクジェット記録ヘッド
の吐出性能を左右する重要な要素である。従ってオリフ
ィスプレートは、微少なオリフィスを設けるための加工
性が良いこと、さらに、インクに直接接触するので耐イ
ンク性が良いことなどの性能を必要とする。

従来、上記の性能を満たす材料として、ステンレスニッ
ケル、Ｃｒ、Ａ１などの金属板や、所望の厚みを簡易に
しかも安価に実現できるＰＰ１．ＰＥＳ、ＰＥＥＫ。

ＰＥなとの樹脂フィルム材などが用いられていた。

一方、近年の記録技術の進歩に伴って高速、高精細な記
録が要求されるようになりつつあり、このため、オリフ
ィスはその大きさ（オリフィス径）が微小で、かつ高密
度に形成されるようになってきた。この結果、オリフィ
スの加工法も様々な工夫がなされ、なかでもレーザー光
を用いた加工は、微細加工に適しているため、オリフィ
スの加工にも用いられている。

ところが、微小なオリフィスが形成されたオリフィスプ
レートと、オリフィスの各々に対応したインク液路を形
成した記録ヘッド本体とを接合することは極めて難しく
、オリフィスとインク液路との位置ずれが多少生じて吐
出性能が劣化し記録品位が低下することがあった。

また、接合に際してなんらかの接着剤を用いるが、位置
ずれにより接合時にその接着剤でインク液路を防いでし
まうこともあった。

このため、最近ではオリフィスプレートの材料としての
樹脂フィルムをヘッド本体に接合した後に、レーザー光
によってオリフィス加工をする方法がとられるようにな
った。

また、吐出口形状が吐出方向にひらいた構造の記録ヘッ
ドが例えば特開昭５８−１１３４６６に開示されている
。ここで開示される構成は、その形状がノズルの外側に
ノズルから離れる栓内壁間隔が増大する開口部を設け、
該内壁とインクの接触角が９０度以上である。この構成
により上記開口部内に付着したインク滴は、９０度以上
の接触角と内壁の傾斜のため滑落するのでノズル出口を
常にインク液滴や水滴などが付着しない状態に維持でき
るようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の記録ヘッド加工方法や構
成には以下に説明する種々の問題点があった。

すなわち、インクジェット記録ヘッドのオリフィス面は
、不要なインクや結露等で濡れが生じないように、ある
いはインクの浸み込みを防止するため撥水性を有するの
が一般的である。ところが上述した従来の記録ヘッド加
工方法ではオリフィス加工後に撥水処理を施していたた
め、オリフィス内部への撥水剤の侵入、撥水面の不拘さ
らには撥水性能の劣化などの問題を生じていた。

また、上述したノズルの外側に開口部を設ける構造の記
録ヘッドの場合工程が増加すること、高密度マルチヘッ
ドに不適であること、滑落インク滴の回収手段を必要と
することなど、装置の複雑化およびコストアップなどの
問題点を持っていた。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、記録ヘッドにおける吐出口（オリフィス）の形
状を、インク液路側に向かってその断面積が減少する円
錐形状とし、かつこの円錐の頂角と円錐部におけるイン
クの接触角との関係を適切に定めることにより、インク
メニスカスの位置を円錐部とインク液路との境界部に安
定させインクの吐出動作に伴なって、上記円錐部に付着
した水滴等を引込むことが可能なインクジェット記録ヘ
ッドを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明ではインク液滴を吐出するための吐出
口と、該吐出口に連通ずるインク液路とを有し、前記吐
出口よりインク液滴を吐出して記録を行うためのインク
ジェット記録ヘッドにおいて、前記吐出口は、その形状
がインク液路側に向かい断面積が小さくなる頂角αの円
錐形の一部をなし、インクの前記吐出口の円錐形状の一
部に対する接触角をθとするとき、 θ＞π／２−α／２ なる関係が成立することを特徴とする。

［作　用］ 以上の構成によれば、吐出口の形状を、インク液路側に
向かってその断面積が減少する円錐形状とし、かつこの
円錐の頂角と円錐部におけるインクの接触角との関係を
適切に定めることにより、インクメニスカスの位置を円
錐部とインク液路との境界部に安定させ、およびインク
の吐出動作に伴なうメニスカスの後退時に上記円錐部に
付着した水滴やインク滴を取込むことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッドの側視図であり、インクタンクを一体としたディス
ポーザブルなものである。

図に示すインクジェット記録ヘッドは、第７図に示した
ようにインク液路および共通液室を構成するための溝が
一体形成された天板と、シリコン基板（以下、ヒータボ
ード）とを接合して構成した記録ヘッド本体（不図示〉
を具え、この接合により形成されるインク液路の開口を
配する開口配設面には、図に示すようにオリフィスプレ
ート４０が貼り合わされる。前記Ｓｔ基板上には、吐出
エネルギーを発生する電気熱変換素子（以下、吐出ヒー
タともいう）およびこれに電気信号を供給するためのア
ルミ配線を成膜技術で形成しである。

また、図中６００は記録ヘッド本体に隣接して配置する
サブインクタンクであり、このサブインクタンク６００
および上記本体は蓋３００および８００により支持され
る。さらに、　１０００はカートリッジ本体、１１００
はカートリッジ本体の蓋部材である。

カートリッジ本体内部にはインクタンクを内蔵し、サブ
インクタンク６００に適宜インクを供給する。

第２図は本発明の一実施例によるインクジェット記録ヘ
ッド主要部の模式的側断面図である。同図において、４
０はオリフィスプレートである。本実施例においてプレ
ート４０の材料は厚さ約２０μｍのＰＥフィルム材であ
り、これを記録ヘッド本体に接合しである。

次に、第２図に示すオリフィス４１の加工について説明
する。オリフィス４１は、オリフィスプレート４０を接
合した後に記録ヘッド本体に対しレーザー光を照射する
ことによって加工する。

本実施例では、エキシマレーザ−光を使用した。第４図
に示すように、まず、オリフィスの形状および配置に対
応して設けられる穴９１を有したステンレス材よりなる
マスク９を用い、インク液路の開口とマスク９の穴９１
との位置合わせ後、ｆナンバー２．２のレンズで集光し
たエキシマレーザ−光をマスク９に数秒間照射する。オ
リフィスプレート４０はエキシマレーザ−光で照射され
た部分が除去され、オリフィス４１が形成される。この
とき、プレートはエキシマレーザ−光の集光を制御する
ことにより第２図に示す頂角αの円錐形状のオリフィス
４１が形成される。

この円錐形状は、その頂角αを約１２０度とし、０ また、下記組成（重量％）のインクに対し、インクとオ
リフィスプレートとの接触角θは５０，６°となった。

溶剤　ＰＥＧ３００１５！（、ＤＥＧ　１５！に、　Ｎ
ＭＰ　１５°６．１１２０５５％ｉ染料　Ｃ−Ｉ−Ｆｏ
ｏｄ　Ｂｌａｃｋ　２３！＜頂角αと接触角θとが以上
のような関係、すなわち、 θ〉−ｍ＝　・・・　（１） 　　　２ の関係となるとき、インクメニスカス４２の安定位置は
上記円錐部とインク液φとの境界部となる。

このことを以下に詳細に説明する。

仮に、メニスカスが第２図に示すオリフィスのテーパ部
に位置し、このときの接触角をθとしたとき、このθが
上記（１）式を満足する場合メニスカス表面の形状は上
に凸な形状となる。このような形状の場合、表面張力等
との関係からこの位置には安定できず、メニスカスはオ
リフィスのテーパ部とインク液路との境界へ向かって移
動し、この境界位置で安定する。

１ 従って、本実施例では、オリフィスプレートの材質やイ
ンク組成によって定まる上記テーパ部における接触角を
考慮しつつエキシマレーザ−光の集光を制御し、αの値
を定め上記（１）式を満足するようにする。

第３図は本発明の他の実施例によるインクジェット記録
ヘッド主要部の模式的側断面図である。

同図において、４０ａは２種の材料からなるオリフィス
プレートの一方のプレートであり、４０ｂはもう一方の
オリフィスプレートである。プレート４０ａの材料は硬
化収縮性を持つ物であればよいが、本例では厚さ約２０
μｍのドライフィルム（東京応化製５Ｙ−３２０）を用
いた。

接合された２枚のプレートよりなるオリフィスプレート
は、第５図に示すように記録ヘッド本体に接合された後
、紫外光が照射される。これによりプレート４０ａは硬
化収縮しこれに伴なう応力が発生する。次にレーザー光
でオリフィスを加工する。

本実施例では、エキシマレーザ−光を使用し１ま た。第４図に示すように、まず、オリフィスの形状およ
び配置に対応して設けられる穴９１を有したステンレス
材のマスク９を用い、インク液路の開口とマスク９のオ
リフィスの穴９１との位置合わせ後、ｆナンバー１．９
のレンズで集光したエキシマレーザ−光をマスク９に数
秒間照射する。オリフィスプレート４０ａ、４０ｂはエ
キシマレーザ−光で照射した部分が除去され、オリフィ
ス４１が形成される。このとき、プレート４０ａは収縮
しようとしていた応力の開放で第３図に示すような形状
のオリフィス４１となる。さらに、エキシマレーザ−光
の集光効果で、インク液路側に向かい細くなるよう加工
される。これら二つの効果で、前記実施例とほぼ同じ頂
角を有するオリフィス４１が形成される。

以上説明した記録ヘッドは、第１図に示すようなカート
リッジ形態で得ることができ、さらにこれを用いて例え
ば第６図のようなインクジェットプリンタ、すなわち、
ディスポーザブルのカートリッジを装着可能なインクジ
ェットプリンタを構３ 成することができる。

なお、第６図において８は第１図に示したカートリッジ
であり、このカートリッジ８は、押え部材８１でキャリ
ッジ１５の上に固定しである。これらはシャフト２１に
沿って長手方向に往復動可能にしである。また、キャリ
ッジ１５に対する位置決めは、例えば蓋３００に設けた
穴と、キャリッジ１５側に設けたダボ等で行う。さらに
、電気的接続は配線基板に設けた接続パッドに、キャリ
ッジ１５上のコネクタを結合すればよい。

記録ヘッドから吐出したインクは、記録ヘッドと微小間
隔をおいて、プラテン１９で記録面を規制した被記録材
１８に到達し、被記録材１８上に画像を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル１６およびこれに結合する端
子を介して適宜のデータ供給源からのデータに応じた吐
出信号を供給する。カートリッジ８は、用いるインク色
等に応じて、１ないし複数個（図では２個）を設置可能
である。

また、第６図において、１７はキャリッジ１５をシ４ ャフト２１に沿って走査するためのキャリッジモータ、
２２はモータ１７の駆動力をキャリッジ１５に伝達する
ワイヤである。また、２０はプラテンローラ１９に結合
して被記録材１８を搬送するためのフィートモータであ
る。

なお、上述した各実施例では、オリフィスプレート（吐
出口形成部材）を用いた記録ヘッド構成としたが、本発
明の適用はこれに限られず、オリフィス（吐出口）形状
が上記のような円錐形状を有し、かつこの円錐の頂角と
円錐におけるインクの接触角が上記（１）式を満たす形
状の構成であればよい。

また、上記実施例では円錐部とインク液路との境界の大
きさをインク液路の大きさより小さく絞り込んだものと
したが、これに限られず、例えば境界の大きさのままで
、インク液路が形成されてもよい。しかしながら、上記
実施例の形状によれば、インク液路の大きさを境界部に
比べて大きくとることができ、流路抵抗等の点で有利と
なる。

５ （その他） なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも
バブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において優
れた効果をもたらすものである。

かかる方式によれば記録の高密度化、高精細化が達成で
きるからである。

その代表的な構成や原理については、例えは、米国特許
第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細
書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好
ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニュ
アス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマ
ンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシ
ートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、
記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇
を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによ
って、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘ
ッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆
動信号に一対一で対応した液体（インク）内の気泡を形
成できるので有効であ６ る。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液
体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成
する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に
気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液
体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパ
ルス形状の駆動信号としては、米国特許第４．１６３３
５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載され
ているようなものが適している。なお、上記熱作用面の
温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号
明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れ
た記録を行うことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示され
ているような吐出口、液路、電気熱変換体の組合せ構成
（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が屈
曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第
４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号
明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加
えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリット
を電気熱７ 変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９１２３
６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔な吐
出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４
６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効で
ある。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなもので
あっても、記録を確実に効率よく行いつるからである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応
した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対し
ても本発明は有効に適用できる。

そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。加
えて、上側のようなシリアルタイプのものでも装置本体
に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置
本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップ
タイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的
に設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた
場合にも本発明は有効である。

　８ また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記録
ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加
することは本発明の効果を一層安定できるので、好まし
いものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッド
に対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧
或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子
或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録とは
別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定し
た記録を行なうために有効である。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数について
も、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられ
たものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対
応して複数個数設けられるものであってもよい。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態と
しては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末
として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装
置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形
態を採るものであつ９ でもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、吐出
口の形状を、インク液路側に向かってその断面積が減少
する円錐形状とし、かつこの円錐の頂角と円錐部におけ
るインクの接触角との関係を適切に定めることにより、
インクメニスカスの位置を円錐部とインク液路との境界
部に安定させ、およびインクの吐出動作に伴なうメニス
カスの後退時に上記円錐部に付着した水滴やインク滴を
取込むことができる。

この結果、吐出口の円錐形状部でインク飛沫等による濡
れが発生しても、これらはすみやかにインク液路内へ取
り込まれ、常に安定した吐出を実現可能にする。また、
吐出口面の撥水処理も不要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるインクジエ０ ット記録ヘッドカートリッジの外観斜視図、第２図は第
１図に示したカートリッジを構成する記録ヘッド主要部
の側断面図、 第３図は第１図に示したカートリッジを構成する他の実
施例に関する記録ヘッド主要部の側断面図、 第４図は本発明の実施例に関する記録ヘッドのオリフィ
ス加工過程を示す模式的斜視図、第５図は本発明の実施
例に関する記録ヘッドのオリフィス加工過程を示す側断
面図、 第６図は記録ヘッドカートリッジを装着するインクジェ
ットプリンタの一例を示す斜視図、第７図はインクジェ
ット記録ヘッドの一従来例を示す分解斜視図である。 ４０．４０ａ、４０ｂ・・・オリフィスプレート（吐出
口形成部材）、 ４１・・・オリフィス（吐出口）、 ４２・・・メニスカス、 １００・・・基板（ヒータボード）、 １ ０１ ００ ０１ ・・・電気熱変換素子、 ・・・天板、 ・・・インク液路。 第１ 図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インク液滴を吐出するための吐出口と、該吐出口に
   連通するインク液路とを有し、前記吐出口よりインク液
   滴を吐出して記録を行うためのインクジェット記録ヘッ
   ドにおいて、 前記吐出口は、その形状がインク液路側に向かい断面積
   が小さくなる頂角αの円錐形の一部をなし、インクの前
   記吐出口の円錐形状の一部に対する接触角をθとすると
   き、 θ＞π／２−α／２ なる関係が成立することを特徴とするインクジェット記
   録ヘッド。 ２）前記吐出口は、前記インク液路を構成する部材とは
   別途設けられる吐出口形成部材に配設されることを特徴
   とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。 ３）前記吐出口を集光したエキシマレーザーで加工する
   ことで、前記吐出口の形状がインク液路側に向かい断面
   積が小さくなる円錐形の一部とすることを特徴とする請
   求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。 ４）前記インク液滴の吐出は電気熱変換素子が発生する
   熱エネルギーを利用して行なわれることを特徴とする請
   求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録
   ヘッド。